模拟CMOS集成电路设计复习提纲PPT学习教案

1、会计学1 模拟模拟CMOS集成电路设计复习提纲集成电路设计复习提纲 华大微电子：模拟集成电路设计 第1页/共77页 thGSox on DSthGSoxD DSDSthGSoxD DSthGSoxD thGSoxD VV L W C R VVV L W CI VVVV L W CI VVV L W CI VV L W CI 1 2 1 1 2 1 2 1 2 2 2 线性电阻： 深线性区： 线性区： 沟长调制： 饱和区： 华大微电子：模拟集成电路设计 第2页/共77页 L I L W C V rg I r L W CI V I V L W Cg VVV VV L W CI D ox dsat

2、om D o oxD dsat D dsatoxm thGSdsat thGSoxD 1 2 12 1 2 2 2 1 2 饱和区： 华大微电子：模拟集成电路设计 第3页/共77页 华大微电子：模拟集成电路设计 第4页/共77页 华大微电子：模拟集成电路设计 第5页/共77页 第6页/共77页 第7页/共77页 第8页/共77页 om in out oout o out outin V out out out ings rg V V rR r V IV I V R VVV in 单管增益 时，0 | 0 1 第9页/共77页 )r(g g r g R om m o m out 1 1 1 1

3、第10页/共77页 Rdown Rup )r (RRg rRgRg V V rRRRR rR RR oDDm oDmoutm in out oDdownupout odown Dup )|( )|(| 第11页/共77页 Rdown Rup 121 10 12 1 2 | | oom outmv oodownupout odown oup rrg RgA rrRRR rR rR 第12页/共77页 Rdown Rup 2 1 10 1 22 12 1 1 2 1 2 1 1 1 | 1 | 1 m m outm in out v o mm om o o m downupout odown m

4、up g g Rg V V A )r g ( g rg r r g RRR rR g R 第13页/共77页 Rdown Rup )R(g R R R Rg g RGA )R(RRRRR RrgR RR Rg g G Sm S D D Sm m outmv updownDdownupout Somdown Dup Sm m m 1 1 | 1 0 11 第14页/共77页 RS|ro mbm oS m v mbm out gg rR g A gg R | 1 1 0 第15页/共77页 ombm oD X X XXmbmXoXD Xbs X rgg rR I V VVggIrIR VV VV

5、)(1 )( 0 0 1 共栅管用做电流放大器 没必要计算其电压放大倍数 第16页/共77页 Sombm SombmoSdown Dup downup X X out Rrgg RrggrRR RR RR I V R )( )( | 共源级参考源极负反馈电阻的 Rdown Rup 第17页/共77页 （忽略衬偏效应） 共源级电路参考源极电阻负反馈的 )( )( 122 1222 122221 oom oombm oombmooout rrg rrgg rrggrrR 第18页/共77页 12233 33 122 1222 122221 )( )( oomom tomout oom oombm

6、oombmoot rrgrg RrgR rrg rrgg rrggrrR （忽略衬偏效应） 共源级电路参考源极电阻负反馈的 Rt 第19页/共77页 Rdown Rup 4331221 10 122 433 | | oomoomm outmv downupout oomdown oomup rrgrrgg RgA RRR rrgR rrgR 第20页/共77页 outmv Io IoomIoutoomIout RgA rr rrrgrRrrgrR 10 1 122122 2 211 | | | 折叠点看进去的电阻为 第21页/共77页 第22页/共77页 )( | 11 1 11 10 1 D

7、oDm oD Dom outmv oDout RrRg rR Rrg RgA rRR ) 1 ( 1 | 1 3 1 3 1 10 3 1 3 m o m m outmv m o m out g r g g RgA g r g R 第23页/共77页 3110 31 | | oomv ooout rrgA rrR 第24页/共77页 outmv oomoomout RgA rrgrrgR 10 755133 | 第25页/共77页 第26页/共77页 第27页/共77页 西电微电子：模拟集成电路设计 df id df vd Hz A i Hz V v nn n n 22 2 2 2 2 、 更

8、确切的描述应该是 为：噪声谱密度，其量纲 为：噪声谱密度，其量纲 描述注意：书上关于噪声的 第28页/共77页 dat D mdsat V I gwhyV 2 ? 22 声，应提高为了降低这种电路的噪 第29页/共77页 乎不贡献噪声！低频情况下，共栅管几 第30页/共77页 3dsat V声，应提高为了降低这种电路的噪 第31页/共77页 dsat V声，应提高负载管的为了降低这种电路的噪 第32页/共77页 1 2 1 1 7 2 1 2 3 2 412 mm m ieq g kTV g g VV 其中 第33页/共77页 第34页/共77页 第35页/共77页 A dA AA dA Ad

9、A dA if A A A A X Y A CL CL CL CL 1 1 1 1 ) 1A ( 1 1 1 1 2 第36页/共77页 00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 A s A A s A s A A A A s A AGiven CL 第37页/共77页 0 0 1A A V V in out 第38页/共77页 0 0 0 , 0, 1 1 )1 ( A A V V A R R RAR in out out clout inclin 第39页/共77页 Fm m in out RG G V I 1 第40页/共77页 Fm m in out out

10、Fmclout inFmclin RG G V I RRGR RRGR 1 )1 ( )1 ( , , 第41页/共77页 mFin out GR R I V 0 0 1 第42页/共77页 第43页/共77页 mFin out mF out clout mF in clin GR R I V GR R R GR R R 0 0 0 , 0 , 1 1 1 第44页/共77页 I I in out A A I I 1 第45页/共77页 I I in out Ioutclout I in clin A A I I ARR A R R 1 )1 ( 1 , , 第46页/共77页 第47页/共7

11、7页 串联并联短路求开路求模型 电流（并联返回）电压电流（串联检测）电流反馈电流 并联并联短路求短路求模型 电流（并联返回）电压电压（并联检测）电流反馈电压 串联串联开路求开路求模型 电压（串联返回）电流电流（串联检测）电压反馈电流 并联串联开路求短路求模型 电压（串联返回）电流电压（并联检测）电压反馈电压 反馈网络类型 二端口网络一般描述 - T T H - - T T Y - - T T Z - - T T G - O X X 1122 1122 1122 1122 221 2221212 2121111 XTXTO XTXTO 第48页/共77页 第49页/共77页 86624420 |

12、 oomoommv rrgrrggA 第50页/共77页 第51页/共77页 A(s) 00 00 00 0 0 d0 0 0 d0 d0 )1 ( 1 )1 ( 1 1 1 f2 1 )( fGBW .f, A A A s A A V V s A sA A BWA in out 时间常数为 扩展为闭环系统的角频率带宽 闭环系统传输函数为 其中 统若该放大器为单极点系 则增益带宽积 带宽设放大器的低频增益 第52页/共77页 GBW t GBW t tue A A aV tauV GBWA t out in 1 . 1 9 . 61000ln%1 . 0 73. 0 6 . 4100ln%1

13、)()1 ( 1 )( 2 1 )1 ( 1 %1 . 0 %1 0 0 00 稳定精度： 稳定精度： 时间常数 单位增益接法 A(s) 第53页/共77页 GBW t GBW t tue A A aV tauV GBWAA RR R A s A sA t out in 1 . 1 9 . 61000ln%1 . 0 76. 0 6 . 4100ln%1 )()1 ( 1 )( 2 11 )1 ( 1 ,)1 ( 1 )( %1 . 0 %1 0 0 0000 21 2 0 0 0 稳定精度： 稳定精度： 时间常数 倍闭环带宽扩展为 设前馈放大器 第54页/共77页 Vvv V. V. A/V

14、 C A/V C A mW VVDD thpthn - p - n oxp oxn v 7 . 0| 0 )m0.5L(20 )m0.5L( 10 30 60 工艺 2000 10功耗 3V 3 1 1 2 2 0 参数 输出摆幅 性能指标 第55页/共77页 330uAII 3mA 300mV:V 300mV :VV 200mV :VV 500mV300 500mV200 200mV REF2REF1 9 dsat9 dsat8dsat5 dsat4dsat1 I 功耗分配 过驱动电压分配 尾电流管过驱动电压： 负载管过驱动电压： 放大管过驱动电压： 设计经验 第56页/共77页 900 1

15、111 1250 2 1 9 85 41 2 L W L W L W V L W CI dsatoxD 确定各晶体管的宽长比 由简单电流公式 电流、过驱动电压已知 第57页/共77页 DdsatpDdsatn oomoomout dsatDdsat D om D o Dox dsat D thGS D thGSox GS D m thGSoxD IVIV rrgrrgR VIV I rg I r I L W C V I VV I VV L W C V I g VV L W CI 5 2 1 2 755133 2 2 | 2 | 212 1 2 2 )( 2 )( )( 2 1 第58页/共77

16、页 4000 1/1111 1 1416 4 2 | 2 | 2 0 85 0 5 2 1 2 1 0 5 2 1 2 755133 1 1 v v dsatpdsatndsat v DdsatpDdsatn oomoomout dsat D m A mm L W L A VVV A IVIV rrgrrgR V I g 则 若 则 沟道长度，若所有晶体管均取最小 第59页/共77页 VVVVV VV VV VVVVV VV VV VVVVV VVVV VVV thbthb thb thb dsatthdsatDDb thb thb dsatdsatdsatthb dsatthDDb dsat

17、thbn 3)|2 V3 . 2| 4 . 2| | 0.8V 7 . 0 | 3152 52 52 5572 31 31 91331 773 99 （ 电压摆幅 留余量，取 留余量，取 偏置电压设计 第60页/共77页 （注意留出余量） 电压摆幅要求，确定各偏置根据过驱动电压与输出 ）满足要求时，可增加（宽长比不变，增益不 各晶体管的尺寸根据增益的要求，确认 长比电流，确定各晶体管宽根据过驱动电压与支路 确定各支路的直流电流 电压确定各晶体管的过驱动 5. L 4. 3. . 2 . 1 第61页/共77页 变）体管的宽长（宽长比不根据增益，修改部分晶 比，确定各晶体管的宽长根据电流、过驱动

18、电压 的直流工作电流相等与尾电流管注：使负载管 ，确定各支路电流根据过驱动电压、 确定各管的过驱动电压 ，确定根据 定根据建立时间要求，确 6. . 5 )M9,M( g4. 3. GBW2GBW. 2 2 1 ln GBW. 1 1110 m1 1 %1 . 0 M Cg t Lm 第62页/共77页 1221 121 21 2 2 21 21 2 12 1 111 122 )1 ( 11 )1 ( 11 )( )0( oom om oo o out out out o out m oo X o Xout Xm o X out XX oomout rrgA rgA rr r I V R r

19、V gA rr V r VV VVg r V I VAVAV rrgR 右图： 左图： V1 增益！通过提高输出阻抗提高 第63页/共77页 SR V I VC t C I SR SS L SR L SS 第64页/共77页 GBWSR V ttt GBW t SR V t OUT SRtotal OUT SR 1 . 1 2 1000ln %1 . 0 %1 . 0 第65页/共77页 1 %1 . 01 %1 . 01 1%1 . 0 1 1 1 1 9 . 6 ;9 . 6 9 . 6 9 . 6 2 1000ln 22 2 2 dsat SS L total SRtotal total

20、dsat SRdsat dsat SS L dsatL SS L dsat D L m SS L SR L SS VV I C t tt ttVV ttVV V I C GBW t VC I C V I C g GBW V I C SR V t C I SR 的贡献必须考虑否则， ，结论：若 时，当 第66页/共77页 第67页/共77页 Aout Aout ANX N m A m CR CR CCC C g C g 1 C GX 1 GX2 L PX PX1 L 75 的值降低可增加 的频率，可降低降低主极点 ：降低方法 取最小尺寸高频应用时， 等寄生电容、所以应降低 等限制、受因为 ：提高

21、方法 第68页/共77页 )(tan90 )(tan)(tan90 90)(tan )(tan)(tan)(tan180 2 1 3 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 21 p u upnp pn u p u p u pu pn u p u p u pnpp u f f PM fff f f f f PM f f ff f f f f f f PM fff f 则 均远大于、若 ，所以补偿后， 则 、极点分别是 设单位增益频率 第69页/共77页 GBW42 3 .8410 0 .764 6 .713 4 .632 45 )(tan90 )(tan90 45 2 2 2 2 2 2 2 1 10 2 1 2 p p p p p p p pvu p u pu f PMGBWf PMGBWf PMGBWf PMGBWf PMGBWf f GBW PMfAGBWf f f PMffPM 合理的设计： ， ， ， ， ， 时， 第70页/共77页 KHz A f f MHzf f f f f fAf fffPM fPM MHzfMHzfMHzfVVA V u p u p u p u pVu pup p pppV 2 . 1 6 )(tan)(tan9070 70 70 50 ,25 ,2 ,/5000 0 1 3 1 2 1